Description du sujet de thèse

Les arbres des forêts tropicales présentent une diversité de tempéraments écologiques (affinité à la lumière, croissance, taille à maturité). La relation entre la densité et les propriétés mécaniques du bois d’une part, et le tempérament d‘autre part font de la densité un trait fonctionnel utilisé pour décrire la stratégie mécanique d’une espèce. Néanmoins, la performance mécanique d’un arbre dépend à la fois des propriétés de son bois, et de sa morphologie (hauteur, diamètre). En s’appuyant sur une base de données sur les propriétés mécaniques des bois de Guyane, des mesures sur le terrain et une approche en modélisation couplant morphologie des arbres et variabilité des propriétés mécaniques du bois, ce projet vise à (i) identifier un panel de stratégies biomécaniques des arbres et affiner les tempéraments écologiques, (ii) proposer des traits fonctionnels pertinents pour décrire la stratégie mécanique des espèces et (iii) améliorer la prédiction de la qualité du bois en regard du tempérament de l’espèce et de la taille de l’arbre.
Mots-clés :
Biomécanique de l’arbre, propriétés du bois, tempérament écologique, forêt tropicale

Contexte de travail

On estime aujourd’hui à plus de 1800 le nombre d’espèces d’arbres présents en Guyane (Molino et al., 2022). Au cours des dernières décennies, plusieurs tentatives ont été faites pour décrire les principales stratégies des plantes. Aujourd’hui, on regroupe les espèces autour de modèles de tempéraments écologiques principalement définis par des critères en lien à la vitesse de croissance, aux besoins en lumière et aux dimensions à maturité (Collinet, 1997; Favrichon, 1994; Gourlet-Fleury, 1997; Oldeman et al., 1991) traduisant un compromis entre performance et sécurité (Jaouen, 2007).
Les tempéraments des arbres ont une répercussion directe sur la variabilité de leur bois : matériau de construction multifonctionnel, le bois assure les besoins mécaniques, hydrauliques et de stockage de l’arbre tout au long de son développement. Ainsi, depuis le bois à coeur (produit au stade jeune), jusqu’au bois sous écorce (produit à un stade plus mature), les propriétés du bois sont ajustées en regard des besoins de l’arbre et des contraintes de l’environnement. On observe, et particulièrement en milieu tropical, de forts gradients de propriétés dans l’arbre (Bossu et al., 2018; Morel et al., 2018).
Les relations entre stratégies écologiques des espèces et variations de densité dans l’arbre sont aujourd’hui bien connues (Lachenbruch et al., 2011) et ont été décrites chez les espèces tropicales (Hietz et al., 2013; Lehnebach et al., 2019). Elles s’expliquent bien par des règles d’allocation de la biomasse en lien avec la vitesse de croissance des espèces. Aujourd’hui, les performances mécaniques des arbres sont souvent lues au travers de la densité (Chave et al., 2009; van Gelder et al., 2006). Mais au-delà de la densité, le module spécifique (propriété mécanique intrinsèque du matériau et indépendante de la densité) est une source majeure de variation de la performance mécanique du bois avec l’ontogénie. Dans les stades jeunes, durant la phase d’installation de l’arbre au sein de la structure forestière, l’arbre ajuste rapidement les propriétés mécaniques de son bois. Pourtant, les stratégies écologiques des espèces d’arbres tropicaux n’ont jamais été expliquée à partir des propriétés mécaniques intrinsèques de leur bois (module spécifique, angle des microfibrilles, angle du fil).
En forêt tropicale humide, où l’on a accès à la plus large diversité d’espèces d’arbres au monde, les dernières décennies de recherche ont permis l’accumulation de données qui mettent en évidence différents patrons de variation des propriétés mécaniques, du coeur jusqu’à l’écorce. En étudiant les gradients de densité et module spécifique du bois dans l’arbre, on peut analyser rétrospectivement les performances du matériau produit à chaque stade de la vie de l’arbre. La performance mécanique d’un arbre dépend à la fois de ces propriétés, et de la morphologie des arbres (hauteur, diamètre). C’est pourquoi en l’absence de données précises sur l’évolution de la morphologie des arbres pendant la phase d’installation, il est difficile de caractériser la stratégie biomécanique de l’arbre et de la relier au tempérament écologique de l’espèce.